微分中值定理构造函数

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直接积分构造

欲证 $\phi(x)=0$

则可构造函数 $F(x)=\int \phi (x) , dx$

例子:柯西中值定理证明

微分方程构造

欲证 $\phi(f’(x),f(x),x)=0$

则可把 $\phi(f’(x),f(x),x)=0$ 看成微分方程

解出 $F(f(x),x)=0$ 作为构造函数

例子

已知 $f(x)$ 连续,$f(a)=f(b)=0$,求证 $\exists \epsilon \in(a,b)$ s.t. $\frac{f’(\epsilon)}{-2\epsilon}=f(\epsilon)$.

:把 $\frac{f’(\epsilon)}{-2\epsilon}=f(\epsilon)$ 看成微分方程 $\frac{y’}{-2x}=y$.

$$ \begin{align} \frac{dy}{dx\cdot(-2x)} & =y \ \frac{dy}{y} & =-2x,dx \ \ln y & =-x^{2}+C \ y & =e^{-x^{2}+C} \ y\cdot e^{x^{2}}-C’ & =0 \end{align} $$

则可以构造函数 $F(x)=f(x)\cdot e^{x^{2}}$.

由题:$F(a)=F(b)=0$

所以由罗尔定理:$\exists\epsilon \in(a,b)$ s.t. $F’(\epsilon)=f’(\epsilon)\cdot e^{\epsilon^{2}}+f(\epsilon)\cdot e^{\epsilon^{2}}\cdot 2\epsilon=0$, i.e. $\frac{f’(\epsilon)}{-2\epsilon}=f(\epsilon)$

常见瞪眼构造

原形式 构造函数
$f’(x)g(x)+f(x)g’(x)$ $f(x)g(x)$
$f’(x)g(x)-f(x)g’(x)$ $\frac{f(x)}{g(x)}$
$f’(x)+f(x)g’(x)$ $f(x)\cdot e^{g(x)}$